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背景介绍

随着电动汽车的不断普及，为了解决电动汽车在冬季和夏季的续航里程和热安全问题，需要对电动汽车进行热管理。电动汽车中的热管理主要分为电机系统热管理、电池系统热管理和空调系统热管理，这三大系统是电动汽车所产生热量的主要来源。在以往的电动汽车中，三大系统的热管理通常是各自独立的，缺乏对整车热量的统一管理，热管理效率较低。而在新一代的电动汽车中，在设计之初便针对整车热量进行集成式管理，对三大系统产生的热量进行统一的管理，从而大幅提高车辆整车的热管理效率，以减少温度对电动汽车性能的影响。 

电动汽车的电机驱动系统是将电池中的电能转化为机械能，从而为汽车提供行驶的动力。在电机的工作过程中，一些能量会以热能的形式损耗，如铁芯损耗、绕组损耗以及机械损耗。动力电池系统为汽车提供电能时，由于持续的放电，电池组会释放一些热量，热量持续聚集便引起电池组的温度升高。电动汽车空调系统冷热负荷的产生来源有很多，如汽车内部人员散发的热量，外界环境通过车身结构导入车厢的热量，电机系统和动力电池系统导入车厢内部的热量，以及通过汽车通风系统进入车厢的热量等等。在研究电动汽车热管理系统时，必须重点考虑汽车内部的热量来源和汽车内部热量的总量，才能采取针对性的热量管理。

相关活动

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组成部分

电动汽车在设计时便针对主要的热量来源都进行了相应的热管理。但是，为了进一步提升电动汽车的各项性能参数， 原有的各种独立式的热管理系统和方法已经难以适应新的设计要求。因此，需要对电动汽车各个独立的热管理系统进行科学的耦合，从而实现电动汽车热管理的集成化。 

2.1 动力电池的热管理 

动力电池的热管理主要负责对高温状态的电池组进行冷却，或者对低温的电池组进行加热。传统的电池热管理系统主要依靠空气或液体介质进行冷却、加温。但是，采用空气介质的热管理系统传热性能较差，以无法适应目前密集排列式的电池组的散热加热需求，而液体介质的热管理系统则过于复杂，即会增加额外的质量，还存在液体泄漏的风险。因此，液体介质的电池热管理系统同样不适用于当前电动汽车的电池热管理。目前电动汽车的电池热管理系统主要采用复合式的热管理方式，即由多种导热材料共同作为介质，如多空介质、相变材料、纳米材料、金属翅片等多种导热材料配合空气介质或液体介质。此外，由热管构成的高效传热元件配合空气、液体、相变材料而组成的复合式热管理系统也是当电池热管理领域中的研究重点。 

2.2 乘员舱的热管理 

电动汽车空调系统主要负责汽车乘员舱的热管理，从而为司乘人员提供舒适的驾驶乘坐环境，进而保障驾驶员的安全驾驶。当前电动汽车主要采用的空调系统为压缩式单冷空调和电加热器的组合，这种空调系统技术成熟，与燃油车差别不大。但是电加热器会使用动力电池中的电能，从而造成动力电池的额外能源输出，降低电动汽车的续航里程。因此，目前电动汽车空调系统的研究热点便是热泵型空调系统对传统空调系统加热设备的取代问题。同时，热泵型空调系统也需要克服冬季热泵效率降低和结霜等实际问题。为此，人们开始集中研究辅助加热技术和余热回收技术，以提高热泵空调系统在寒冷环境下的工作效率。此外，含氟氯烃类制冷剂已经逐渐退出电动汽车空调系统制冷剂的应用范围，以进一步提升新型电动汽车的环保效果。 

2.3 电机驱动系统的热管理 

电机在工作过程中会产生大量的热量。因此，电机热管理主要负责对驱动电机进行冷却降温。电机热管理系统采用的冷却介质主要是风冷或液冷。其中风冷便是通过流动的空气带走电机产生的热量，但是风冷效果相对较差，并且造成电机的通风损耗，对驱动电机的工作效率有一定的影响。而液冷式的冷却效果则较好，可以快速带走电机释放的热量，从而为电机创造长时间温度适宜的工作环境。为了进一步提升液冷式电机热管理系统的效率，人们正在重点研究冷却液流道的优化设计和冷却液的选择。 

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技术进展

3.1 热管理制冷系统

1）液冷是动力电池的主要冷却方式

液冷是动力电池冷却的主流技术。动力电池的续航和工作环境温度有较大关联，因此动力电池的温度控制是三电系统热管理的核心，根据管理方式分类，动力电池包的冷却（温控）主要包括自然冷却、风冷、液冷、直冷四类，其中风冷一致性差，冷却效果难以控制，冷媒直冷技术难度较高，因此电池冷却的技术路线仍以液冷为主。

2）冷媒直冷有望成为电池冷却新方案

冷媒直冷技术原理与空调制冷原理类似。通过压缩机将制冷剂气体压缩成高温高压的气体，然后进入前端冷凝器后，将制冷剂气体被冷凝成高温中压的液体，高温中压的液体通过膨胀阀碰撞，将低温低压的两相流进入蒸发器，蒸发器通过车舱空调蒸发器或是电池包内的冷板，制冷剂吸收热然后不断蒸发，最后变成气体通过膨胀阀回到压缩机完成整个循环。

3.2 热管理制热系统

1）热泵空调逐步替代 PTC 空调

发动机热源消失，新能源车新增 PTC 加热器。由于发动机热源消失，汽车需额外的热源补充，才能维持空调系统高效运转。成本低、结构简单、工作稳定的 PTC 加热方案就成为了新能源汽车行业普遍采用的制热方案。根据其工作方式不同，PTC 加热器可分为风暖式和水暖式。

热泵

2）二氧化碳热泵大有可为

热泵空调取代 PTC，已成为新能源汽车标配。热泵空调系统按照制冷剂不同可分为 R134a、R1234yf 和R744（CO2 二氧化碳）等几种类型。R744（二氧化碳）是最好的替代品之一。R744 的 GWP 为 1、安全等级为 A1，环保且安全。R744 制热性能好，即使在-20℃下运行，COP 也能达到 2，明显高于 R134a。但是由于 R744 沸点较低，制冷系统在工作时需要高压力，增加了新的研发制造成本。考虑到环保趋严以及热效率的差距，CO2 热泵路线有望成为主流。

3.3 新能源热管理系统集成化趋势明显

随着汽车向电动化和智能化方向发展，整车能量管理内容增多，对汽车能量管理的要求也越来越高。从整车层面对各子系统进行能量统筹管理将成为电动汽车未来的发展趋势。

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行业展望

2022年中国新能源汽车热管理系统市场规模约为410亿元，同比增长97%，亿欧智库预测到2025年热管理市场规模将达到938亿元，其中纯电动633亿元，份额67%。随着市场接受度的提高和规模化后制造成本的降低，2022-2025年热泵热管理系统在纯电动中的占有率将从24%平稳增长到51%，其中2024年起CO2热泵将逐渐在高端车型中渗透，并带动热管理系统单车价值的进一步提升；少部分高端插混和增程车型也将把热泵标配化，以改善纯电动模式下车辆的热管理效率。

亿欧智库：2020-2025年热管理系统市场规模及增速

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总结

当今社会对电动汽车的需求量不断增加，清洁的电动汽车必将成为未来陆路交通的主流交通工具。因此，电动汽车的设计研发要以实际应用为目标，要重点研究对电动汽 车性能产生巨大影响的温度问题，尤其是电动汽车的热管理系统。随着电动汽车热管理对象的增加，对热管理效率的更高要求，当前电动车热管理系统的研发已经朝着轻量化、集成化和紧凑化的设计方向进行发展。在研究设计集成热管理系统的过程中，要对电动汽车的集成热管理系统进行全面的实际应用测试，充分测试集成热管理系统的动态响应能力，以及热管理系统的工作安全性和稳定性，同时还要保证其经济性适合大规模的批量生产。

参考资料

[1]A refrigerant-injection heat pump-based efficient integrated thermal management system for electric vehicles approaching the wide temperature range in China。

[2]Optimized cooling and thermal analysis of lithium-ion pouch cell under fast charging cycles for electric vehicles。

[3]A novel battery thermal management system utilizing ultrathin thermal ground planes for prismatic Lithium-ion batteries。

[4]申万宏源，热管理系统的前世今生。

[5]中信建投，汽车：热管理系统，整车之“守门员”，新能源启增量。

[6]中信证券，新能源汽车行业导热结构胶及制件专题报告：结构创新频出，国产替代加速。

[7]亿欧智库，2023中国智能电动汽车热管理赛道研究报告。

[8]东吴证券，乘新能源汽车东风，热管理迎来新机遇。

[9]慧博投研，汽车热管理行业深度：前沿技术、发展趋势、市场空间、竞争格局及相关公司深度梳理。

在绿色发展目标下，我国不断加快推进汽车转型升级，电动汽车的年度渗透率突破 27%，为适应电动化、智能化需求，汽车热管理系统也需要从传统的发动机冷却、空调系统发展至座舱热管理、电池热管理、电机电控热管理系统、充电桩热管理。作为电动汽车生产和使用过程中非常重要的一个环节，深入探究电动汽车热管理的材料与技术、政策与经济环境，将有助于我们更好应对电动汽车发展中遇到的热挑战。

本次“iTherM Conf 2023”特设置“电动汽车综合热管理论坛”，以电动汽车综合热管理行业政策与投资机会、整车集成化热管理、动力电池热管理、电机电控热管理、座舱热管理、充电桩热管理解决方案等为话题，诚邀产业同仁积极交流、分享前沿动态，寻求电动汽车综合热管理的未来发展趋势与路径。

议题设置

议题1：电动汽车综合热管理行业政策与投资机会

议题2：整车集成化热管理

议题3：动力电池热管理

议题4：电机电控热管理

议题5：座舱热管理

议题6：充电桩热管理解决方案

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